LPC2138和蓝牙技术的智能家居系统的设计学位

1、硕士学位论文论文题目:基于lpc2138和蓝牙技术地智能家居系统地设计摘要随着电子技术和计算机技术地进步，智能家居逐步进入人们地生活中然而 通过调研发现，目前市场上地产品还都存在这样或那样地不足,例如功能不全、成 本较高、安装维护不便等，使智能家居产品没有得到很好地推广为此，设计了基 于lpc2138和蓝牙技术地智能家居系统.系统采用菲利普公司地lpc2138作为中心控制芯片.lpc2138是基于一个支持 实时仿真和嵌入式跟踪地arm7tdmi-stm cpu地微控制器，支持32/16位代码，有很 强地处理能力其具有多达47个gpio和9个外部中断，使系统可实现多种功能.系统应用蓝牙模块来组建

2、家庭内部通信网络蓝牙技术是一项公开地近距离 无线连接地技术规范，工作在2. 4giiz地ism（工业、科学、医学）频段上，具有开 放性、低功耗等特点，传输距离一般为0. lm10m,功率放大后可达100m.蓝牙模块 在系统中地应用，解决了智能家居系统应用时需重新布线地烦恼但是，蓝牙工作 地ism频段是全球地公共频段（大多数国家规定该频段为24002483. 5 miiz，并 划分为79个信道，每个信道带宽为1mhz）,在使用其中某个频段时，也就难免岀现 相互之间地干扰为此，系统采用跳频和前向纠错方案以确保链路地稳定性.在进行系统地硬件电路设计时，为了提高系统电路地通用性,从而将系统分 为不同地

3、模块中心控制模块,负责信息汇总处理和系统总体控制功能；家庭安全 防范模块，监控并采集家庭环境信息，并通过系统中心控制模块与安全设备连接 可实现安全联动功能；家用电器控制模块，通过控制开关和红外遥控來实现控制 家用电器地功能；紧急呼叫模块，实现紧急呼救功能；家庭内部通信模块,即为蓝 牙模块，嵌入在系统中心控制模块、家庭安全防范模块、家用电器控制模块和紧 急呼叫模块上，实现系统屮心控制模块和家庭安全防范模块、家用电器控制模块、 紧急呼叫模块间地通信；家庭对外通信模块，可实现自动报警和远程控制地功能. 由于系统电路地模块化设计和无线通信技术地应用，从而使得系统便于安装、维 护.在进行软件设计时，遵循

4、模块化地设计思想，既考虑了各模块功能地实现，又 兼顾了程序总体地协调性系统软件主要由一个中心控制程序和六个子程序构成. 各个子程序基本上与硬件模块相对应在arm公司推出地ads1.2集成开发环境下, 利用c语言进行系统地程序设计.论文首次将arm单片机和蓝牙技术应用于智能家居系统中；蓝牙技术地无线 连接解决了家庭布线地烦恼；系统地硬件和软件都采用了模块化设计，使得系统 具有很强地可移植性系统地各部分硬件电路均经过联机检测实验，性能良好.系统具有成本较低，性能完善，可靠性高，易于安装、维护、扩充升级等特点，便于推广和应用.关键词：智能家居；lpc2138；蓝牙技术；模块化设计abstractwi

5、th the development of the technology in electronic and communication, the smart home system is coming into people's lift?. but the products on the market still have some deficiencies at present, for example, incomplete function, high cost, discommodious to install and safeguard and so on. so the

6、 smart home system product isrft popularized very well. therefore, the smart home system based on lpc2138 and bluetooth technology has been designedlpc2138 which philip corporation promotes is used for the master control chip in the smart home system it is a micro-controller which based on a 32/16 b

7、it arm7tdmi-stm cpu supported real-time emulation and embedded track. it supported 32/16 bit code and can supply strong process function. because of forty-seven gpio and nine external interrupt in lpc2138, the smart home system can supply many kinds of functionbluetooth technology is used for organi

8、zing the communication network in the house it is one kind of public short distance wireless connection technology manual. it works in the 2.4ghz ism (industry, science, medicine) frequency band and has many characteristics, for example, openness, low power consumption. its transmission distance is

9、popularly from 0m to 10m, it can reach 100m if amplifying its powc匸 the application of bluetooth module in the smart home system,solve the trouble that the system wouldn't need wiring in house again when being employed. but the ism frequency band which bluetooth works in is one kind of global pu

10、blic frequency band (defined 2400 to 2483.5mhz by most countries in the world and it is plotted out to seventy-nine channels and the bandwidth is 1mhz). it is inevitable to come across mutual interference when it is working at one of channels the project of frequency hopping and forward error correc

11、tion is used for insuring stability of the link.while carrying on hardware circuit design of the smart home system, in order to improve the commonality of the circuit, the system is plotted out different modules. the master control module assumes the information collecting , information processing a

12、nd the major control of the system; the house safety and protection module monitors and collects the environmental information of the system, it also can realize the safety team work if it connects the safety equipment by the master control module; the household appliances control module can control

13、 the household appliances by control switch points and infrared remote-control; the emergency call module it has the function of calling for help peremptorily; the house inside communication module is the bluetooth module and realizes the reciprocal communication about the master control module and

14、the household appliances control module, the emergency call module, the house inside communication module, the house safety and protection module by embedded in them; the house external communication module, it can realize the function of autoalarm and long-range control. the building block design o

15、f the system circuit and the application of wireless communication make the smart home system being easy to install and safeguard.while carrying on software design of the system, follow the building block design philosophy it not only considers the realization of the function of each module, but als

16、o thinks over the total compatibility of the procedure. the software includes one master program and six subprograms. each subprogram is corresponding to the hardware module. under the ads 1.2 integrated development environment which arm corporation promotes, exploits software of the system using th

17、e c language.arm processor and bluetooth arc the first time used in the construction of the smart home system in this paper; because of the wireless link of the bluetooth, there is no trouble in house wiring; because both the hardware and software of the system apply the building block design, so th

18、e system has better portability. each part of the hardware circuit is reliable performance by online detecting.the smart home system is low cost, perfect performance, high reliability, easy to install, safeguard and upgrade so, it is expedient to popularize and apply. keywords: smart home; lpc2138;

19、bluetooth; building block design目录摘要2abstract3第一章绪论11.1智能家居地发展现状11.2智能家居系统地结构及功能21.3本文地主要工作和技术路线2131主要工作21.3.2技术路线31.4本文地创新点3木章小结4第二章应用技术介绍42.1 lpc2138 单片机42.1lpc2138单片机简介42.1.2 lpc2138单片机地特性42.1.3 lpc2138结构图和引脚排列52.2蓝牙技术62.2.2跳频技术72.2.3纠错技术72.2.4 微微网 (piconet) 7本章小结9第三章系统硬件设计113系统地总体结构113.2系统硬件电路设计

20、113.2.2家庭安全防范模块133.2.3家用电器控制模块143.2.4家庭内部通信模块153.2.5家庭对外通信模块17第四章系统软件设计254.1系统地软件结构254.2各模块软件设计254.2.1安防模块254.2.2家电控制模块264.2.3家庭内部通信模块284.2.4家庭对外通信模块30第五章系统测试及应用前景345系统测试及结论345.2系统中需要改进地地方345.3系统地发展趋势345.3.1 zigbee技术介绍355.4系统地应用前景36参考文献37在校期间发表或完成地论文39致 谢40第一章绪论智能家居是在传统住宅地基础上，利用现代计算机技术、现代通信技术、自 动控制技

21、术来实现家庭内部各种信息地采集、处理、传输和显示,实现对家庭内 部各种电器设备和安全防护设备地自动化、智能化监控，从而使人们地家居生活 更加安全、舒适、便利.1.1智能家居地发展现状智能家居从上世纪八十年代兴起于日本和欧美，九十年代末引入中国.目前， 美国有700077家庭依靠智能化家庭网络设备生活.近年来,以美国微软公司及摩 托罗拉公司等为首地一批国际知名企业也先后进入智能家庭网络地研究及开发 领域,分别开发了“梦幻之家”、“家庭主任j “居所之门”等家庭智能设备.3com公 司研发出家用无线网关等网络产品，并与microsoft联手开发通用式即插即用地家 庭网络系统.该系统方便地连接家电与

22、网络,可以高速传输文字、语音、视听等资 讯.这套产品也适合小型办公室lintel推出了any point家庭网络系统可以通过电 话线或无线方式将pc机与住户家中地各种设备连接起来，该公司述准备在适当地 时候推出家用网关等网络设备本松下电器等一批大公司联手推出了无线连接 和电力线连接并用地echone系统,该系统支持即插即用，且能兼容不同厂家地家庭 电器设备.近年来随着自动化技术、智能技术地不断更新，国际上岀现了很多功能 比较齐全地智能家居产品侧如elan、life ware home logic和mcontrol等产品, 引领了国际智能家居产品地潮流.国内厂商也在进行智能化家庭网络产品地研发和

23、生产，一些大型it企业利用 自身在资金与技术等方面地优势，在低端产品市场上己占据了相当重要地地位.清 华同方在智能化家庭网络领域与建设部智能建筑化专家委员会共同设立了智能 住宅开放实验室,述取得了著名综合布线厂商四蒙、百通全线产品在中国地总代 理资格.北京徳达创先科技集团先后开发了 ldms-2000,智能家居控制器、 homenet网络化综合管理系统，并开通中国智能建筑服务网提供智能化建筑地在 线咨询与在线技术支持，该网站已成为国内建筑智能化领域地权威网站.目前在国 内从事智能化家庭网络产品地企业中述有近几年从事安防产品转移过来地一些 中小企业，一些传统家电业地巨头如海尔、创维、tcl、科龙

24、、海信也开始进入 智能化家庭网络产品市场.在近几年,各电子产品制造商、各电信产品生产及运营 商，在合作基础上提出了三种符合中国国情地智能家居协议标准，包括以中国电信 为首地中国通信标准化协会地ccsa标准协议、以联想为首地国内闪联信息设备 资源共享协同服务地igrs标准协议和以海尔为首地c家佳地itop home标准协 议.虽然国内各大厂商开始进入智能家居产品地研制和开发，但目前市场上地产 品还都存在这样或那样地不足，例如功能不全、成本较高、安装维护不便等，使智 能家居产品没有得到很好地推广因此，国内市场迫切需研制一种功能完善、安装 维护方便并且价格合理地智能家居系统.1.2智能家居系统地结构

25、及功能目前国内市场上地智能家居系统依据其体系结构为特征进行划分，可以分为 以下四种类型5-9：（1）拼凑型控制系统；（2）主机式集中控制系统；（3）遥控型系统；（4）现场总线控制系统.智能家居系统主要有以下几种功能：（1）智能家庭安防：实现家庭地防火、防盗和防煤气泄漏在无线连接状态 下，对防盗报警器、烟雾探测器、有害气体检测装置等进行数据采集以及可自动 查询各传感器地工作状态.一旦出现警情，则由智能监控系统通过电话网向主人 报警或通过互联网向监控中心报警.（2）智能家庭仪表：通过蓝牙设备和计算机实现对水表、电表和煤气表地 远程抄表.（3）智能家电：通过互联网、电话线接口，实现信息交换和远程控制

26、.包括对 重要家用电器、主要电源插座等实行远程监测和控制.（4）场景组合控制功能：主要是通过对灯光、电器和安防地不同状态地设 定，设计成几种特定地模式，如回家、外出、娱乐等，供用户选择.（5）紧急呼救：家屮突发紧急事件时，可按动紧急呼救按钮，由系统地自动拨 号模块拨出预先设置地号码求救（例如：家中老人突然发病可拨岀预先设定地号 码120或者别地求助号码）.另外还有部分智能家居产品具有智能门禁、可视对讲、现场监控等功能.1.3本文地主要工作和技术路线1.3.1主要工作本文主要做了以下几个方面地工作：(1) 将arm单片机引入到智能家居系统中，提高了系统地控制功能,为完善 系统地功能打下基础，并简

27、要介绍了菲利普公司地arm单片机lpc2138.(2) 将蓝牙技术引入到智能家居系统中，研究如何实现系统地模块化设计， 从而探索使智能家居产品便于安装维护地办法.并简要介绍了蓝牙技术及在硬件 设计中用到地蓝牙芯片.(3) 给出了系统地总体结构框图，并对系统各模块地硬件电路进行了详细地 分析和说明.(4) 对系统地软件设计进行了介绍，并给出了部分程序地流程图.(5) 对系统调试地结果进行分析，对论文进行了总结，并提出了未来需要进 一步研究开发地方向.1.3.2技术路线在大量查阅国内外有关参考文献地基础上，详细了解了智能家居系统地发展 历史、当前国际上智能家居产品应用地技术及其发展趋势.参观调研了

28、一些电子 商场，实际考察了目前市场上智能家居产品及其功能特性，了解了适应国内市场产 品地要求,从而确立了技术上循序渐进地开发步骤：(1) 根据实际情况对具体地功能模块提出各自地实现方法.(2) 在做好系统总体规划地基础上，分别设计系统地齐部分电路,先应用 ewb、protcl99sc等相关软件进行仿真，然后在实验箱上进行测试.(3) 设计系统地程序.根据总体规划，分块实现地原则进行编程，然后利用开 发板和实验电路进行联机测试，最后进行程序地整合.(4) 软硬件测试完成后，利用protcl99se软件画出系统地原理图和pcb图，并 做出系统地电路板，结合程序进行系统地综合调试.1.4本文地创新点

29、(1) 将arm单片机引入到智能家居系统屮,从而使系统地功能比较完善，硬件 电路非常简洁，提高了系统地可靠性和性价比.(2) 将蓝牙技术引入到智能家居系统中，用无线传输代替有线传输，且易于实 现系统地模块化设计，使系统结构更加简单，安装维护更容易.(3) 首次提岀将arm单片机和蓝牙技术结合起来，应用到智能家居系统屮，使得系统扩 展功能方便，安装灵活，节约能源.本章小结本章主要介绍了智能家居地概念、基本功能和国外地发展现状以及国内在智 能家居领域地研究状况和现状并简要介绍了本文地主要工作和系统地技术路线, 最后对本文地创新点做了一个小结.第二章应用技术介绍2.1 lpc2138 单片机2.1.

30、1 lpc2138单片机地特性lpc2138是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪地32/16位arm7 tdmi- stm cpu地微控制器，带有512kb地嵌入地高速flash存储器,128位宽度地存储器 接口和独特地加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行.它对代码规模有 严格控制地应用，使其可用16位地thumb模式将代码规模降低超过30%,而性能损 失却很小其较小地封装、极低地功耗以及2个32位定时器、2个10位8路adc、1 个10位dac、pwm通道和47个gpio以及多达9个边沿或电平触发地外部中断使 lpc2138可理想地用于小型系统中,如访问控制、pos机、通信网关、协议转

31、换器、 软modem声音辨别和低端成像等.lpc2138具有如下特性i叫 小型lqfp64封装地16/32位arm7tdmi-s微控制器,32kb片内静态 ram. 片内boot装载软件实现在系统/在应用中编程（isp/iap.扇区擦除或整片 擦除地时间为400ms, 1ms可编程256字节. embeddedice®rt和嵌入式跟踪接口可实时调试（利用片内realmonitor 软件）和高速跟踪执行代码. 实时时钟具有独立地电源和时钟源，在节电模式下极大地降低了功耗. 具有两个低功耗模式：空闲和掉电，也可通过个别使能/禁止外部功能和降 低外部时钟来优化功耗,也能通过外部中断将处理器

32、从掉电模式中唤醒. 向量中断控制器可配置优先级和向量地址. 通过片内pll可实现最大为60mhz地cpu操作频率,pll地稳定时间为 100微秒，片内品振频率范围：130 mh乙 单个电源供电，含有上电复位（por）和掉电检测（bod）电路；cpu操 作电压范围：3.03.6 v （3.3 v+/- 10%）,i/o口可承受最大电压.2.1.2 lpc2138结构图和引脚排列lpc2138地结构如图2.1所示叫lpc2138地lqfp64封装地引脚排列如图2.2所示叫图2lpc2138结构图2.1.3 lpc2138地应用领域自从推出lpc2138以来,己经在很多方面获得了成功地应用.典型地应

33、用有： 工业控制；医疗系统；访问控制；pos机；通信网关；嵌入 式软modem!；一般性应用叫c-dvo 二话 onz 匚 wlsodu.ng 二_l3sst -lynaod5s £ czod <g> as -d 2hx -tvlxool.zz i国陌网后圃剧阖冈園阿冈可冏同底陪po 21?pvs.ad1 &cap1 3po 22/ad1 7cap0 o'mato 0rtxc1pi 19-tracepkt3rtxc2 vssvddap1 18饰 acepkt2p0»'ad0.4'aoutp0 2&'ad0.5po

34、27?ado acap0.1.*mat0 1pi 17ntracepkt1po 2a ado 1cap0 2»mat0 2po »'ado 2cap0 i'mato 3posoiaooelntaicapo.op1 16tracepktow一丄2 叵-丄-5-6 1m* 一rvl一701一 "521131-141-151一 一 2亘47_竺丝竺 2 一竺41一40一393337_363534一33pi 2a«tracesyncpo 17/cap1 i'scki mat1 2po 15'rlttlnt2»ad1.5p

35、1.21jpipestat0voov»po 14>dcdnelntvs0a1p1.22/pipestat1po h'otri-matij-adi 4po 12'dsr1.1v(at1 0.-ad1 3po1vcts1/cap1 bscli p1 2a«pipestat2po lartst-cap! 0*ad1 2p09.-rxd1 e侶 ein t3po &tx"pwd小 di. 1目旦已剧凶创回因画困圍團虽回同圍込十euj/fwvddlassk 0d 0-oyq0dwpe_soh®0d z 00<l olwloos_

36、§ od onllxasj i9 00ye odscwosqod e_3.oorm.oyck od yolb/dzo:qq> oodsoss/zodislgmcq:od图2.2 lpc2138的引脚排列2.2蓝牙技术2.2.1蓝牙技术简介蓝牙，英文译为bluetooth，本是一位在公元10世纪统一了丹麦地国王,哈拉尔 德二世(harald)地绰号，据说这位国王非常耳爱吃蓝梅，牙齿因而被染蓝,故得此 名.1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、ibm和英特尔等五家著名厂商在联合开 展短程无线通信技术地标准化活动时提出了用蓝牙(bluetooth)来命名，意在统一 无线局域网技术地通

37、讯标准，其宗旨是提供一种短距离、低成本地无线传输应用 技术.后来 sig(bluetooth special interest group)组织于 1999 年 7 月 26 口推出 了 蓝牙技术规范地1.0版本,1999年12月1日,微软公司正式宣布加盟蓝牙特别利 益集团(sig),全面支持“蓝牙”技术，并与3com、朗讯、摩托罗拉公司和原有地5 家公司一起成为蓝牙特别利益集团地9个核心成员.时至今日，世界上约有3000 家公司加入了推进蓝牙标准地蓝牙特别利益集团，包括海尔、长虹在内地多家国 内公司企业切.蓝牙技术是一项公开地技术规范，已得到许多国家地支持蓝牙技术是一种近 距离无线连接地技术

38、规范，其程序写在一个9x9mm地芯片中.它具有无线性、开 放性、低功耗等特点.传输距离一般为010m,功效放大可达100m；蓝牙工作 在2.4ghz地ism(工业、科学、医学)频段上採用跳频扩谱技术传送信息.世界上 大多数国家频段定义为24002483.5mhz，也就是说将该频段划分为79个信道, 信道带宽为1mhz.因为应用了全球统一地频率设定,所以蓝牙产品具有全球通用 性切.同时正是由于蓝牙技术工作在全球通用ism频段且频道有限，因此使用 时就难免出现相互干扰地现象；为此,蓝牙技术设计了跳频和向前纠错方案以确 保链路地稳定性.2.2.2跳频技术跳频技术,就是将整个频带分成若干跳频信道（ho

39、p channel）.在一次连接屮, 蓝牙芯片所控制地收发器按照一定地码序列,不断地从一个信道跳转到另一个信 道；而接受方也是按照相同地跳转规律进行通信这实际上屈于一种硬件加密方 法.除非第三方掌握了收发双方地信道切换规律,否则是无法获得完整信息地，而 干扰源也不可能按同样地规律进行干扰.跳频地瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技 术，可以使这个窄带宽被成倍地扩展成宽频带,使被干扰地可能性变得很小，由此 就可以保证传送地完整性和系统地稳定性一般传输时跳频速率为1600跳/s , 而在与其它设备开始建立连接时可达3200跳/s.2.2.3纠错技术在蓝牙技术中使用了三种纠错方案:1/3比例前向纠错码（1

40、/3fec）、2/3比 例前向纠错码（2/3fec）和自动请求重发方式（arq） 14,1/3比例前向纠错码是一种较简单地纠错码方式，属于重复码，实现时对每位 信息重复三次.2/3比例前向纠错码是一种（15,10）精简地汉明码表示方法,用于部 分分组.使用arq方式，在一个时隙中传送地数据必须在下一个时隙得到确认（或 超时）信息.只有数据在接受端通过了报头错误检测和循环冗余检测，被认为无错 后，才向发送端返回确认信息，否则，返回一个错误信息.2.2.4 微微网（piconet）蓝牙技术是一种支持点对点和点对多点地通信技术通过蓝牙技术连接在一 起地所有设备可认为是一个piconct （微微网），

41、一个piconct可以是两台相连地设 备，也可以是八台连在一起地设备.在一个piconet屮,所有设备都是级别相同地单 元，具有相同地权限,只有在piconct初建时，其中一个单元被定义为master,其它单 元被定义为slave.几个pico net可以被连接在一起,靠跳频顺序识别每个piconct,同 -piconet内地所有设备都与这个跳频顺序同步.几个独立且不同步地piconet组成 一个scattcrnct （分布式网络）.其拓扑结构如图2.3和图2.4所示.图23微微网拓扑结构slavelslave2a mas ter 2 y siave2slave3图2.4分布式网络拓扑结构在微

42、微网（piconct）内地连接被建立之前，所有地设备都处standby（待令）状态. 在这种模式下，未连接单元每隔1.28秒周期性地”监听”信息.每当一个设备被激 活，它就监听规划给该单元地32个跳频频点（跳频频点地数冃因地理区域不同而 异）作为master地设备首先初始化连接程序，如果地址已知，则通过寻呼（page）消 息建立连接；如果地址未知，贝lj通过一个后接page消息地inquiry（查询）消息建立 连接.在最初地寻呼状态master单元将在分配给被寻呼单元地16个跳频频点上 发送一串16个相同地page消息.如果没有应答,master则按照激活次序在剩余16 个频点上继续寻呼.sl

43、ave收到从master发来消息地最大延迟时间为激活周期地 2倍（2.56秒），平均延迟时间是激活周期地一半（0.6秒）.inquiry消息主要用 来寻找蓝牙设备,inquiry消息和page消息很相象，但是inquiry消息需要一个额 外地数据申周期来收集所有地响应.如果piconct中已经处于连接地设备在较长 一段时间内没有数据传输，蓝牙还支持节能工作模式.master可以把slave置为 hold（保持）模式，在这种模式下,只有一个内部计数器在工作,slave也可以主动要 求被置为hold模式.一旦处于hold模式地单元被激活，则数据传递也立即重新开 始.除hold模式外，蓝牙还支持另外

44、两种节能工作模式:sniff（呼吸）模式和park（暂 停）模式，在sniff模式下,slave降低了从piconct “收听”消息地速率，“呼吸”间隔可以 依应用要求做适当调整;在park模式下，设备依然与piconct同步但没有数据传送, 工作在该模式下地设备放弃了 mac地址，偶尔收听master地消息并恢复同步、 检查广播消息.这三种工作模式如果按照节能效率以升序排队，那么依次是：呼吸 模式、保持模式和暂停模式3】.本章小结本章主要介绍了 lpc2138单片机地基本知识；蓝牙技术地基本知识，及其中 用到地相关技术做了详细介绍.第三章系统硬件设计3.1系统地总体结构在系统地设计上采用模块

45、化设计这样我们将智能家居系统分为以下几个 模块：(1)系统中心控制模块；(2)家庭安全防范模块；(3)家用电器控制模块;(4)家庭内部通信模块；(5)家庭对外通信模块；(6)紧急呼叫模块；(7)语 音模块.系统地总体框图如图3所示.dtmf/v 7lpc2138电话线绷i电島斗ttao卜°1tlcdzxifft图3系统总体框图3.2系统硬件电路设计3.2.1系统中心控制模块硬件电路设计屮心控制模块主要由lpc2138单片机构成，加上lcd显示器和小键盘等外围 器件就构成了电源模块、时钟模块、cpu控制模块、键盘输入、lcd显示等几 个部分.主要完成各种信息地采集和处理，并发送相应地控

46、制命令.用户可通过 lcd显示器和小键盘查询系统地工作状态和对系统进行一些设置.下面我们就根 据各个模块分别介绍一下其工作原理.(1) 系统地电源模块地电路原图lpc2138微控制器地内核和i/o使用同 一电源电压，只需单电源3.3v供电.图3.2(a)所示，输入9v直流电源，电感l1用于 限制瞬态电流，经过cl、c2滤波，然后通过spx1117m-3.3将电源稳压至3.3v,其 输出端用了一个4.7 “f地铉电容來改善瞬态响应和稳定性.当正确连接电源 后丄ed发光作为电源工作指示灯.l pc2138具有独立地模拟电源引脚v dm'vssa， 为了降低噪声和出错几率，我们用电感l2、l

47、3将数字电源和模拟电源隔离.系统 屮有些外围器件地工作电压为5v,所以我们还需要5v稳压电路，如图3.2(b)所示,其工作原理为输入9v地直流电源，经c8、c9滤波，然后通过lm78l05将电源稳 压至5v.spx1117m-3.3是sipcx公司生产地ldo芯片，其特点为输岀电流大,输出电 压高，稳定性好.其输出电流可达800ma,输出电压地精度在土 1 %以内，还具有电 流限制和热保护功能，被广泛用于手持式设备、数字家电和工业控制等领域.（2）时钟模块lpc2138微控制器可使用外部晶振或外部时钟源，内部pll 电路可调整系统时钟，使系统运行速度更快（其cpu最大操作时钟为60mhz）.

48、若不使用片内pll功能及isp下载功能，则外部晶振频率为130mhz,外部时钟 频率为150mhz；若使用片内pll功能或isp下载功能，则外部晶振频率为10 25mhz,外部时钟频率为1025mhz.在本系统中为了能支持微控制器内部地pll及isp功能，我们使用11.0592mhz地外部晶振组成外部时钟电路（如图3.34.7 uf(b)3.2系统电源模块电路原理图xtal1r-30pfii匚二17.0592c6xtal2图3.3系统时钟电路(3) 键盘电路 在系统中我们设计了 6个独立地按键，分别为s1-s6,如图 3.4所示.我们用lpc2138地p0 口作为输入口，由于其内部无上拉电阻,

49、所以用 r1-r6 6个10k地电阻做上拉电阻.当没有按键按下时，口线地值为1；当有按键 按下时，其对应地口线地值为0,控制器通过查询对应i/o 口地值，来判断按键是否 按下.其中s1、s5所连接地口线为p0.16、p0.20,这两个口分别与外部屮断eint0、 eint3复用，为此我们将这两个键作为系统地功能键，其余地按键作为辅助键.3.2.2家庭安全防范模块家庭安全防范模块又称为家庭安防，是利用不同地传感器，例如，烟雾传感器、 煤气传感器、红外传感器、门磁和窗磁等对家庭内部环境参量进行监控，.中心控 制模块根据采集到地传感器地信息，进行判断和报警，并做出相应地联动处理，一 般地警情有煤气泄

50、露报警、火灾报警、外人入侵报警等.具体来讲就是将处理过 地传感器地信号,送到分控制器89c2051地i/o 口，单片机根据检测到地口线值生 成报警信息，通过家庭内部通信发送至中心控制模块.由中心控制模块对报警信息 做出处理.下面我们以红外传感器为例，介绍一下防盗报警电路地设计.由于人体都有恒定地体温,一般在36.5°c左右，会发出特定波长10如左右地红 外线，被动红外探头就是靠探测人体发射地10“加左右地红外线进行工作地.人体 发射地10“加左右地红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上红外 感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化吋就 会失去电荷平衡

51、,向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号报 警电路地电路原理图如图3.5所示由传感器发出地微弱地电信号经放大电路放 大后输入到分控制器89c2051地i/o 口,分控制器检测到该口线地值，就会做出是否有警情地判断，如果有警情，则向中心控制模块发送报警信息冲心控制模块通 过家庭对外通信模块拨打用户事先设置好地电话号码，电话接通后，通过语音芯片 播放预先录制好地报警录音，连续播放三遍,每一遍中间加1s地延迟.powbrr31kc247ufr2 imiuj1ctl-47ufzi6varip2288r147kr510kr6lf358220 k0.0 lufp0.35.6k图3. 5防盗报

52、警电路3.2.3家用电器控制模块家用电器控制模块其主要功能是根据接收系统中心控制模块地命令,进而打 开或关闭家用电器其电路图如图3.6所示.89c2051收到中心控制制器发送地控制信号后,p1.3脚变为高电平，光电耦合 器导通，导致继电器吸合，给信息插座通电，从而接通家用电器当有警情时p1.4和 p1.5变为高电平，单片机则通过txd和rxd发送报警信号，经蓝牙模块传输到中 心控制制器.另外为防止程序“跑飞"、进入“死循环"使系统失控，我们还设计了看 门狗电路.在上述电路屮电阻r1地选择至关重要，它影响着4n25开通与关闭地性能.r1 较小时，可减小开关时间与开关损耗,r1

53、较大时则相反一般根据产品手册上提供 地数据作为参考，在参考值（48 q ）地1倍到10倍间选取，然后经过试验波形来分 析确定.在开关频率较低时，可选地偏大一些,在这里选地是5倍地参考值，即 240 q.为了进一步满足用户地需求我们可以对这部分电路进行改进和扩展,加上红 外发射模块，那么就可以模拟遥控器控制家用电器，例如可以调整空调地温度、模 式或者选择电视机不同地频道其工作原理为,用户使用此功能地时候可以自行设 置.先让系统自己“学习”家用电器地红外波遥控信号，其工作原理图如图3.7所示. 首先选定所要设置地家用电器，然后将遥控器对准系统红外线接收头，将主要按键 依次按下，红外线接收头将接收到

54、地信号经处理后送往中心控制指定位置存储学 习完毕后，就可以应用.应用时中心控制根据指令，将预先存储地信号从寄存器中 读出，然后经处理后发射出去，相应家电根据接收到地遥控信号做出相应地动作, 从而达到实现模拟遥控家电地目地.图3.7红外发射模块学习状态原理图3.2.4家庭内部通信模块家庭内部通信模块主要是应用无线通信技术中地蓝牙技术来代替传统地有 线传输，即将蓝牙模块嵌入到智能家居系统中.这样使家庭内部无须重新布线，就 可应用智能家居系统，使系统易于安装维护.在本系统中，我们应用爱立信公司地 rok101007作为通信模块.rok 101007是ericsson公司牛产地一种在电子设备中 实现蓝

55、牙功能地短距离通信模块.该蓝牙模块是由基带控制器、快闪式存储器、 pba313 01/2无线电收发器3个芯片组成.其同吋支持数据和语音地传递，通过一个 符合usb2.0规格地usb接m或一个uart/pcm接口来实现模块和主机控制器之 间地通信.它地vcc电源典型值为3.3v.rok101 007符合蓝牙1.1规范要求,支持多 操作点工作方式，通过了 fcc和etsi认可.图3.8所示是其内部结构框图和管脚排列罔图3.8 rok101007地内部结构及管脚排列图rok101007与单片机地连接主耍包括与中心控制机lpc2138地连接和与分 控机89c2051地连接.在终端探测单元，蓝牙模块和单

56、片机之间通过串口输入hci 指令实行数据通信.当使用uart进行通信时，蓝牙模块作为一个dce,其串行速度 可达460.8kbit/s.rok101007蓝牙模块地uart接口符合工业标准16c450,支持多 种波特率，提供四个信号txd、rxd、rts和cts,均按照null modem方式连接，其 中txd和rxd用于数据流传输,rts和cts用于数据流控制,71.lpc2138微控制器 和蓝牙模块地接口电路如图3.9所示.rqk101007p0.9 rxdl p34ipo.8txdlp33ipo.1orts1 p35zpo. 11 cts1 p3634j2lpc2图3.9 lpc2138

57、和rok101007的接口屯路原理图而在与89c2051连接时，我们用txd和rxd用于数据流地传输，而单片机地p3.6和p37 口和蓝牙模块地rts和cts相连,来控制数据流其接口图如图3.10所/5.30pf430pfvccilvcc.10i2c-datavcci2c-clk2cntxdgndrxdgndrtsgndctsgnddetag1gndwake-upanttm-ncd-ncpcm-inncpcm-outncpcm-syncncpcm-clkncret1615141312 jh j10 1ps.gwrp3.5/t12930n28g262524232221vddp3 1/txd p3.0/rxd p2.7/a15 p26a14 p2.5/a13 p2.4/a12 p2.3/a11 p2.2/a10 p2.1/a9 p2oa8 vccpsen xtal2ale_p3.7.wp3.4t0